7016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.М.Соколов М.А. Кочева Е.Н. Семикова

ГАЗОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим и занятиям (включая рекомендации по орга-

низации самостоятельной работы и выполнению курсового проекта) по дисциплине «Газоснабжение населенных мест и промышленных предприятий» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

М.М.Соколов М.А. Кочева Е.Н. Семикова

ГАЗОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим и занятиям (включая рекомендации по орга-

низации самостоятельной работы и выполнению курсового проекта) по дисциплине «Газоснабжение населенных мест и промышленных предприятий» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 696.2 (075.8)

М.М. Соколов, М.А. Кочева, Е.Н. Семикова, Газоснабжение населенных мест и промышленных предприятий. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / М.М. Соколов, М.А. Кочева, Е.Н. Семикова, Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 58 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Газоснабжение населенных мест и промышленных предприятий» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в подготовке к практическим занятиям, а также в написании курсовой и расчетно-графической работ.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим и занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению курсового проекта) по дисциплине «Газоснабжение населенных мест и промышленных предприятий» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий.

.

©М.М. Соколов, М.А. Кочева, Е.Н. Семикова, 2016

©ННГАСУ, 2016.

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины Б1.В.ОД.8 Газоснабжение населенных мест и промышленных предприятий являются: изучение студентами теоретических и практических основ проектирования и эксплуатации систем газоснабжения населенных мест и промышленных предприятий, а также получение навыков технически и экономически грамотно обосновывать свои инженерные решения в рассматриваемой области.

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

−особенности дисциплины, современные нормативные источники и справочную и учебную литературу, в том числе и научную, с цель последующей реализации полученных знаний.

−особенности термодинамики, теории горения, гидравлики для успешного освоения дисциплины.

−особенности разработки заданий на проектирование систем газоснабжения и методических указаний по использованию соответствующих технологий и оборудования

−методы проектирования систем газоснабжения населенных мест и предприятий.

−особенности проектирования систем газоснабжения населенных мест и предприятий, условные обозначения, требования нормативной документации и т.д.

Уметь:

−проводить анализ текущего состояния вопросов дисциплины, с возможности дальнейшего использования практических шагов или предложения соответствующих рекомендаций.

−применять полученные знания в фундаментальных дисциплинах на реальных практических примерах.

−разрабатывать задания на проектирование, технические условия, стандарты предприятий, инструкции и методические указания по использованию соответствующих средств и технологий в области систем газоснабжения

−осуществлять проектную деятельность в области газификации населенных мест и предприятий.

−выполнять соответствующие проектные работы с помощью современных систем автоматизированного проектирования.

Владеть:

−знаниями о текущем состоянии вопросов, поднимаемых в дисциплине и перспективах их решения.

−совокупностью практических навыков, включающих в себя: выполнение гидравлического расчета, построение продольного профиля газовых сетей, подбор оборудования и т.д.

−навыками, необходимыми для работы в современных системах автоматизирован-

ного проектирования.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в области дисциплины «Газоснабжение населенных мест и промышленных предприятий».

5

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

1. Введение.

Введение. Эксплуатация газового хозяйства.

2. Теплофизические характеристики газового топлива.

Теплофизические характеристики природного газа их расчет. Горение газа.

Расчет теплофизических характеристик газа.

3. Элементы систем газоснабжения.

Трубы и материалы для систем газоснабжения.

Применение стальных и полиэтиленовых труб в различных условиях. Газовая арматура.

Особенности газовых обвязок различных газоиспользующих агрегатов. Газовые горелки.

Расчет газовых горелок.

Средства измерения и приборы контроля. Подбор средств измерения и приборов контроля. Особенности отвода продуктов сгорания. Отвод продуктов сгорания расчет.

4. Проектирование систем газоснабжения населенных мест и промышленных предприятий.

Системы газоснабжения населенных мест.

Основные элементы систем газоснабжения населенных мест. Системы газоснабжения промышленных предприятий.

Основные элементы систем газоснабжения промышленных предприятий. Системы газоснабжения промышленных предприятий.

Основные элементы систем газоснабжения промышленных предприятий.

Расчет наружных кольцевых сетей низкого давления (определение расчетных расходов газа).

Расчет наружных кольцевых сетей низкого давления (гидравлический расчет). Расчет наружных тупиковых сетей низкого давления.

Расчет наружных кольцевых сетей среднего и высокого давления. Расчет дворовых сетей газоснабжения.

Расчет межцеховых сетей газоснабжения. Расчет внутридомовых сетей газоснабжения. Расчет внутрицеховых сетей газоснабжения.

Особенности оформления проекта по газоснабжению населенных мест и предприя-

тий.

6

1.3 Порядок освоения материала

На освоение материала студентам выделяется 18 часов лекционных и 36 часов практических занятий, а также отводится 63 часа на самостоятельное обучение. За это время, по мере освоения учебного материала, студенты также должны выполнить курсовой проект. По окончанию курса сдается экзамен. Студенты, не выполнившие курсовой проект, до экзамена не допускаются.

7

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция – это важнейшее звено дидактического цикла обучения, цель которой - формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в доходчивом изложении основных положений изучаемой дисциплины и ориентации на наиболее ее важные вопросы.

Большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей предоставляет личное общение на лекции преподавателя со студентами.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Он помогает внимательно слушать и лучше запоминать в процессе осмысленного записывания. Также конспект незаменим, как опорный материал при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций и их теоретический базис

2.3.1 Раздел 1: Введение. Эксплуатация газового хозяйства.

Природные газы не содержат водорода, окиси углерода и кислорода, содержание азота и углекислого газа обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат в небольших количествах сероводород.

По способу добычи природные газы можно подразделить на три группы:

1. газы, добываемые из чисто газовых месторождений, которые в основном состоят из метана и являются тощими, или сухими. Тяжелых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 50 г/м3. Основные составляющие: метан (CH4) (до 98 % от общего объема газа, зависит от газодобывающего месторождения), этан (с2н6), пропан (C3H8), бутан (C4H10), пентан (C5H12) и гексан (C6H14), а также другие изомеры, кроме углеводородов в составе природных газов могут присутствовать азот, диоксид углерода, сероводород и инертные газы.

2.газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, часто называют попутными, или нефтяными. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно свыше 150 г/м3) и являются жирными газами. жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропанбутановой фракции и газового бензина.

3.газы, которые добывают из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, который выпадает при снижении давления (процесс обратной конденсации). пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов,

8

содержащих C5 и выше (бензина, лигроина, керосина). Cухие газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее в зависимости от содержания тяжелых углеводородов. низшая теплота сгорания сухих газов, добываемых в России, составляет 31 000 кДж/м3. теплота сгорания попутных газов выше и изменяется от 38 000 до 63 000 кДж/м3. На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин и пропан-бутановую фракцию, которую используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа.

По способу получения газы подразделяются на природные и искусственные.

Помимо газов, добытых из залежей земной коры, на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, а также в коммунально-бытовом секторе используют небольшое количество искусственных газов, полученных путем переработки твердых и жидких топлив.

Искусственные газы состоят из углеводородов непредельного ряда (CnH2n), таких как этилен (C2H4), пропилен (C3H6), бутилен (C4H8) и др.

2.3.1 Раздел 2: Теплофизические характеристики газового топлива.

Одним из самых важных моментов в теплотехнических расчетах является выбор теплоты (высшей или низшей), по которой будет вестись весь расчет. Для лучшего понимания данного вопроса приведем уравнение горения метана (основного компонента природного газа) в воздухе:

CH4 + 2O2 + 7,52N2 → CO2 + 2H2O + 7,52N2

Таким образом, при сжигании 1м3 CH4 получается 2м3 водяного пара, или с учетом его плотности (800г/м3) – 1,6 кг. Этот пар в продуктах сгорания начнет конденсироваться, выделяя дополнительную теплоту, при температуре ниже температуры точки росы. Таким

образом, вводится два разных понятия, для оценки данного явления:

низшая теплота сгорания – количество теплоты, которое выделяется при сжига-

нии 1кг или 1м3 сухого топлива без учёта теплоты конденсации водяных паров; высшая теплота сгорания учитывает теплоту конденсации водяных паров.

Определение низшей и высшей теплоты сгорания.

QДля природного газа определяется по следующим зависимостям:

= 358CH4 + 636C2H6 + 913С3H8 + 1189C4H10 + 1465C5H12

CH4, C2H6, … - содержание в природном газе метана, этана, … в % по объёму.

358, 636, … - низшая теплота сгорания каждого компонента формулы, пересчитанная на 1% горючегоQ компонента, содержащегося в природном газе.

= 398CH4 + 699C2H6 + 992С3H8 + 1285C4H10 + 1578C5H12 QCB = 1,11QCH

Конденсация продуктов сгорания природного газа наступает при снижении t ух. газов ниже 55-65° С. Когда t ух. газов выше t т. росы, весь расчёт ведётся по низшей теплоте сгорания, и наоборот, при t ух. газов ниже t т. росы по высшей теплоте сгорания (даже когда происходит только на выходе из самой последней ступени).

Также, важную роль играют определения, приводимые ниже. Жаропроизводительность топлива – максимальная температура горения, разви-

ваемая при полном сгорании топлива без избытка в условиях, когда всё выделяющееся при сгорании тепло полностью расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания.

9

C – средневзвешенная теплоёмкость от 0 до tmax.

Для инженерных расчётов значение теплоёмкости можно принять равным 1,67 кДж/(м3·° С).

Калориметрическая температура – максимальная температура сгорания без учёта диссоциации, развиваемая при полном сгорании топлива, но учитывающая реальные

начальные температуры газа и воздуха при α=1.

Теоретическая температура – величина, учитывающая понижение температуры

вследствие распада тепла на диссоциацию.

Действительная температура – практическая величина, достигаемая в реальных условиях в наиболее нагретой точке зоны сгорания.

При её определении учитывают наличие избытка воздуха, влияние диссоциации и отвод тепла во внешнюю среду.

Действительная температура может быть повышена предварительным нагревом воздуха, уменьшением его избытка до возможных пределов и снижением тепловых потерь агрегата, которым сжигается газ.

В топливоиспользующем оборудовании выделяют следующие потери теплоты: q1 – КПД

q2 – потери с уходящими газами

q3 – потери с химическим недожогом q4 – потери с механическим недожогом q5 – потери в окружающую среду

q6 – потери со шлакообразованием q1 = КПД =100 – (q 2 + q3 + q5)

Для оценки эффективности использования топлива вводят величину – коэффициент использования топлива.

КИТ (коэффициент использования топлива) = 100 – (q 2 + q3)

Для того чтобы определить неполное сгорание топлива, нужно искать в составе продуктов сгорания CH4 и CO.

В случае полного сгорания топлива:

КИТ = 100 – q 2

Таким образом, повышение эффективности использования топлива во многом зависит от величины потерь теплоты с уходящими газами – чем эта величина меньше, тем выше значение коэффициента использования топлива.

В целом все схемы по использованию теплоты уходящих газов можно классифицировать следующим образом (рис 2).

Рис 1. Схема распространения газового пламени в трубке